JP2003232664A - 流量計測装置 - Google Patents
流量計測装置Info
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Abstract
う。 【解決手段】 流体中に音波を送信または受信する送受
信器6a、6b間の送受信を複数回行う繰り返し手段1
1と、繰り返し手段11による複数回の音波伝搬時間の
計測を1計測セットとして複数の計測セットを実施する
計測制御手段18と、それぞれの音波伝搬時間の値を積
算し流量を算出する流量演算手段を備え、計測制御手段
18は計測セットの回数を調節して計測するようにして
いる。これによって流れが脈動している場合にも追従性
がよく、また安定した定常流れの場合にも平均流量を正
しく計測できる。
Description
計測する流量計測装置に関するものである。
示すように、流体管路1の一部に超音波送受信器2a、
2bを備え、計測開始手段3の信号によって流量計測を
開始し、超音波送受信器2aから2bまでの伝搬時間を
計時手段4で計測しする。流れに周期的な変動がある場
合には、計測のタイミングによって流量測定値にバラツ
キが生じる。例えば家庭用ガス消費量を計量をするガス
メータでは、近くでガスエンジンが運転されると圧力変
動が発生し、その影響で流量が変動する。図7はこのと
きの流量の波形を示した図で、実際にはAで示す流量が
流れている。デジタル式計測では間欠的にサンプリング
するので、時間t1(流量Q1)、時間t2(流量Q
2)、時間t3(流量Q3)のような値が得られマイコ
ンで平均して流量を算出していた。
る場合には計測を頻繁に行い、その平均値から流量を算
出していた。そして、さまざまな脈動周期に対応するた
めにはデータの入出力回数の増加とそれに伴う消費電力
の増加アナログ式の場合時間t0からt4まで連続した
信号を積分器を介して平均していた。
流量計測装置では、次のような課題があった。すなわち
デジタル式では間欠的なサンプリングなので、正確な流
量を求めるには測定回数を増やして測定値を平均する必
要があるため長い時間が必要であった。また、入出力デ
ータの処理が煩雑になり、時間ばかりでなく消費電力も
大きくなるという傾向にあり、このため、ガスメータの
ような異常使用時の遮断などの保安機能を兼ねた流量計
測装置では、電池駆動でかつ安全性のために短時間で正
確な流量の計測を行うことが課題となっていた。
に、本発明の流量計測装置は、流体中に音波を送信また
は受信する送受信器と、送受信器間の送受信動作を複数
回行う繰り返し手段と、繰り返し手段による複数回の音
波伝搬時間の計測を1計測セットとして複数の計測セッ
トを実施する計測制御手段と、それぞれの音波伝搬時間
の値を積算し流量を算出する流量演算手段を備え、計測
制御手段は計測セットの回数を調節して計測したもの
で、これによって流れが脈動している場合にも追従性が
よく、また安定した定常流れの場合も平均流量を正しく
計測できる。
間の音波伝搬時間を計測する計時手段と、音波伝搬計測
を一つの計測セットとして複数の計測セットを実施する
計測制御手段と、計測セットの計測開始から終了までの
いずれかに設けられた遅延時間を調節可能な位相遅延手
段と、それぞれの音波伝搬時間の値を積算し流量を算出
する流量演算手段を備えたので、計時手段の分解能が低
くても高精度の流量分解能が得られる。
測セットによって遅延を調節可能なので、流量分解能を
向上できて低消費電力で高精度な流量計測ができる。
延時間は、音波伝搬時間を計測する計時手段の基準クロ
ックの周期よりも1/2以下にしたので、流量分解能は
確実に向上する。
説明する。
面に基づいて説明する。図1において、流体管路5の途
中に超音波を発信する送受信器6aと受信する送受信器
6bが流れ方向に配置されている。7は送受信器6aへ
の発信回路、8は送受信器6bで受信した信号の増幅回
路で、この増幅された信号は基準信号と比較回路9で比
較され、基準信号以上の信号が検出されたとき繰り返し
回数設定手段10で設定された回数だけ繰り返し手段1
1により遅延回路12で信号を遅延させた後、トリガ回
路13で超音波信号を繰り返し発信する。繰り返し回数
設定手段10で設定された回数が繰り返されたときの時
間を計時手段14で求め、マイクロコンピュータに内蔵
されている記憶手段15に値を記憶させる。このように
して送受信器6aから送受信器6bへすなわち上流から
下流(以下、上流送信という)へ超音波を送信する。
器6bの発信受信を切り換えて、送受信器6bから送受
信器6aへ、すなわち下流から上流(以下、下流送信と
いう)に向かって超音波信号を発信し、この発信を前述
のように繰り返し、その時間を計時する。そしてその時
間差から管路の大きさや流れの状態を考慮して流量演算
手段17で流量値を求める。18は計測制御手段で、繰
り返し手段の繰り返し回数を設定する繰り返し回数設定
手段18aと、繰り返し回数による計測を1計測セット
としてこの計測セットを何回計測するかを設定する計測
回数手段18bから構成されている。
べる。図2は脈動がある場合の計測サンプリングの状態
を示したもので、時間T1の間は、前述の上流送信を繰
り返し回数4回で行いその伝搬時間は計時手段14でカ
ウントされ記憶手段15でその伝搬時間t1を記憶され
る。この4回の計測を1計測セットとする。
T2の間、下流送信を4回行ないその伝搬時間t2が記
憶される。さらに所定時間経過後、時間T3の間に上流
送信、時間T4の間に下流送信が行われて、伝搬時間t
3とt4がそれぞれ記憶される。
一対で行われ、本実施例ではT80まで合計80計測セ
ットでの計測が行われ、その伝搬時間は記憶手段15に
それぞれ蓄えられる。そして記憶手段15のデータは流
量演算手段17で演算し流量を算出する。この演算は例
えば、上流送信の総和を求め、繰り返し回数の総和から
1回あたりの伝搬時間の平均値を算出し、同様に下流送
信の1回あたり伝搬時間の平均値を算出し、それぞれの
伝搬時間の時間差、または時間の逆数の差から算出する
ことができる。T1・T2とT3・T4とT79・T8
0のそれぞれの計測間隔は均一になるように計測制御手
段18でタイミングを調節する。
図3は流れが流れが小さく安定している場合例えば停止
している場合である。このとき微小流量を検出しなけれ
ばならないので、流量検出には高い分解能が要求され
る。繰り返し回数を増加させることにより微小な伝搬時
間差を積分して、流量分解能を高めることができる。図
3では繰り返し回数を12回を1計測セットとした場合
であり4回の時に比べて流量分解能は3倍になる。この
ようにしてT10まで10計測セットまで計測する。前
述の繰り返し回数4回で80計測セットの場合は音波の
伝搬の合計は320回で、繰り返し回数12回で26計
測セットの場合には120回であり、消費電力は低減で
きる。
時手段14を示すブロック図で、計時手段14には水晶
発信器のような基準クロック14aと上流カウンタ14
b・下流カウンタ14cがある。上流カウンタ14bは
上流送信での伝搬時間を計測するためのものであり、切
換手段16が切り換えられると基準クロック14aから
上流カウンタ14bへ結線され、計測の開始でカウント
が開始され、所定の繰り返しが終了するとカウントが停
止する。
換えられると、基準クロック14aは下流カウンタ14
c側に切り換えられる。
保持している。前述と同様に下流側の送受信が所定回数
行われて、下流カウンタがカウントして停止する。次に
再び切換手段16によって送受信器16a・16bが上
流送信に切り換えられる、基準クロック14aは上流カ
ウンタ側へ結線され、送信の開始とともに上流カウンタ
が先ほどのカウンタ値から継続して累積のカウンタ値を
カウントする。以降この動作を繰り返し、計測回数手段
18aで設定された回数の計測セットの測定が終了する
までカウンタ値を積算する。上流と下流のカウンタの積
算値はそれぞれ記憶手段15へ読み込まれ流量演算手段
17で流量値に換算される。
部を示すブロック図である。繰り返し送信が終了した後
に位相遅延手段19を通過する。すなわちカウンタはこ
の遅延時間の分だけ遅れて停止する。この遅延時間は基
準クロック14aの1周期をTcとするとTc/n(n
は整数)単位で調節が可能で、遅延設定手段20で計測
セット毎に変更することができる。
る。先ず1回目の計測セットで上流送信されるときには
遅延時間Td1=0に設定され、2回目の計測セットで
下流送信では同様にTd2=0に設定される。次に3回
目の計測セット(上流送信)では遅延時間Td3=Tc
/nに設定され、4回目の計測セット(下流送信)も同
様にTd4=Tc/nである。5回目と6回目の計測セ
ットでは遅延時間Td5=Td6=2*Tc/nに設定
され、以降Tc/nずつ遅延時間が増加する。そして2
*N回以降になると初期値のゼロになる。
てもカウンタ値の差となってあらわれることになり、基
準クロックの周期以下の微小な伝搬時間の差が検出でき
るので、微小な流量の計測される。理論的には基準クロ
ックの周期を1/Nにしたと同等の分解能が得られる。
遅延時間のの切換は、ディレイライン素子のタップを切
り換えたり、デジタル回路ゲート遅延を切り換えること
で達成される。
から停止までのどの位置に入れてもよい。この遅延時間
はわずかな値なので伝搬時間の絶対値への影響はきわめ
て小さいが、既知の値であるので必要であれば流量演算
の際に補正することが可能である。
載の発明によれば、定常流や脈動流に関わらず平均流量
を高精度に計測できる。また請求項3〜8に記載の発明
によれば消費電力を増加させることなく脈動流を正確に
計測することができる。
ク図
ク図
Claims (3)
- 【請求項1】 流体中に音波を送信または受信する送受
信器と、前記送受信器間の音波伝搬時間を計測する計時
手段と、前記の音波伝搬計測を一つの計測セットとして
複数の計測セットを実施する計測制御手段と、前記計測
セットの計測開始から終了までのいずれかに設けられた
遅延時間を調節する位相遅延手段と、それぞれの音波伝
搬時間の値を積算し流量を算出する流量演算手段とを備
えた流量計測装置。 - 【請求項2】 位相遅延手段は計測セットによって遅延
時間を調節する請求項1記載の流量計測装置。 - 【請求項3】 位相遅延手段の遅延時間は、音波伝搬時
間を計測する計時手段の基準クロックの周期よりも1/
2以下の値である請求項1記載の流量計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003062220A JP4734822B2 (ja) | 2003-03-07 | 2003-03-07 | 流量計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003062220A JP4734822B2 (ja) | 2003-03-07 | 2003-03-07 | 流量計測装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001217762A Division JP3443657B2 (ja) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | 流量計測装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003232664A true JP2003232664A (ja) | 2003-08-22 |
JP4734822B2 JP4734822B2 (ja) | 2011-07-27 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003062220A Expired - Fee Related JP4734822B2 (ja) | 2003-03-07 | 2003-03-07 | 流量計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006214793A (ja) * | 2005-02-02 | 2006-08-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流量計測装置 |
JP2009505054A (ja) * | 2005-08-13 | 2009-02-05 | フロウネティクス リミテッド | 低電力超音波流量計測 |
JP2010159973A (ja) * | 2009-01-06 | 2010-07-22 | Panasonic Corp | 流量計測装置 |
JP2010160004A (ja) * | 2009-01-07 | 2010-07-22 | Panasonic Corp | 超音波ガスメータ |
Citations (2)
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---|---|---|---|---|
JP2001004419A (ja) * | 1999-06-24 | 2001-01-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流量計 |
JP2001183198A (ja) * | 1999-12-27 | 2001-07-06 | Tokyo Gas Co Ltd | 流量計測方法および流量計測装置ならびにガスメータ |
-
2003
- 2003-03-07 JP JP2003062220A patent/JP4734822B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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JP4734822B2 (ja) | 2011-07-27 |
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